Molecule ridges and stability islands

19.10.2022 – FLNR Scientific Seminar, 15-30, FlerovLab Conference Hall

Speaker: Artem Oganov, Skolkovo Institute of Science and Technology, Moscow

It’s well known that only special combinations of proton and neutron numbers give stable nuclei. Nuclei with even number of protons (and even number of neutrons as well) are more stable compared with uneven neighbors and this explains prevalence of even elements over uneven neighbors. Shell effects play a special role, they are maximum for “magic” nuclei.

There is a close analogy with molecules. Some molecules are easier to form, are more inert and accumulate in greater concentrations than others. The shells of these molecules are complete, both electron and structural ones. For instance for binary molecules AnBm it’s possible to draw a stability map which shows a “sea of instability” and sometimes “ridges” and “islands” of stability. Introduction of “magic molecules” concept opens new horizons for chemistry.

Map of Si_nO_m molecule stability (Lepeshkin et al., J. Phys. Chem. Lett., 2019).

Хорошо известно, что лишь особые сочетания чисел протонов и нейтронов дают стабильные ядра. Известна тенденция к большей стабильности ядер с четным числом протонов (а также четным числом нейтронов) по сравнению с нечетными соседями – и это выражается в значительно большей распространенности четных элементов по сравнению с соседними нечетными. Особую роль играют оболочечные эффекты, максимальные для «магических» ядер.

Существует глубокая аналогия с молекулами. Некоторые молекулы, состоящие из заданных элементов, гораздо легче образуются, более инертны и накапливаются в более значительных концентрациях, чем другие. Эти молекулы имеют заполненные оболочки – как электронные, так и структурные. Например, для бинарных молекул AnBm можно построить карту стабильности, на которой видно «море нестабильности» и нередко видны «хребты» и «острова» стабильности. Введение понятия магических молекул дает мощный аппарат для химии.